Scientia

Laureat al premiului Nobel, Niels Bohr este unul dintre fizicienii de frunte ai secolului al XX-lea. Avansând idei revoluţionare, ce contraziceau principiile fizicii începutului de secol XX, acesta a "reproiectat" atomul, introducând orbitele fixe ca regulă imuabilă pentru mişcarea electronilor şi niveluri fixe de energie pentru aceştia.

Niels Bohr (1885-1962) este unul dintre fizicienii cei mai importanţi ai secolului al XX-lea, cu realizări excepţionale în înţelegerea mecanismelor atomului şi unul dintre fondatorii mecanicii cuantice. Lui Bohr i-a fost decernat premiul Nobel pentru progresele realizate în domeniul structurii atomului şi a radiaţiei emise de acesta. Principiul complementarităţii al lui Bohr, prezentat pentru prima oară în 1927, este unul dintre comandamentele fundamentale ale Interpretării de la Copenhaga a mecanicii cuantice.

De la modelul atomic al lui Ernest Rutherford la atomul lui Bohr

Fizicianul danez Niels Bohr, folosindu-se de noile teorii referitoare la capacitatea atomului de a emite radiaţii, pornind de la modelul atomic al lui Rutherford, a "redesenat" în 1913 structura atomică. Fizicienii secolului al XIX-lea au descoperit că atunci când un gaz este expus unui câmp electric, gazul emite lumină, deci radiaţii electromagnetice. Dar această emisie are loc numai la anumite frecvenţe, iar diferite elemente şi compuşi chimici emit radiaţii de diferite lungimi de undă.

Aşadar, spectrul de emisie al atomilor şi al substanţelor diferă. Astfel, după cum uşor se poate înţelege, atomii diferitelor elemente ori diferite substanţe pot fi determinate pe baza lungimii de undă a radiaţiei emise, altfel spus pe baza liniilor spectrale. Chiar şi corpuri îndepărtate, cum ar fi stelele, pot fi înţelese sub aspectul elementelor constituente, determinând spectrul de emisie al acestora.

Având ca punct de plecare atomul lui Rutherford (Bohr şi Rutherford au lucrat împreună pentru a înţelege radiaţia atomului), Bohr a dezvoltat o teorie prin care se putea prezice lungimea de undă a radiaţiei atomului. Teoria lui Bohr a fost deosebit de îndrăzneaţă, fundamentându-se pe câteva ipoteze ce au revoluţionat modul de înţelegere a atomului, deşi erau privite cu suspiciune de fizicienii vremii:
-  atomii emit radiaţie numai la anumite frecvenţe (frecvenţe discrete);
- electronii pot orbita numai la anumite distanţe de nucleu, intrând în contradicţie cu modelul atomic al lui Rutherford care lăsa libertate de mişcare absolută electronilor;
-  radiaţia poate fi emisă numai când un electron face un "salt" dintr-o stare staţionară într-alta (de pe o orbită superioară pe una inferioară). În 1914 fizicienii James Franck şi Gustav Hertz au dovedit experimental că atomii absorb şi emit radiaţie numai atunci când electronii realizează saltul dintre stările staţionare (orbite).

Pentru a susţine aceste ipoteze, Niels Bohr a postulat că la scară atomică anumite stări staţionare (orbite) erau stabile , iar electronii aflaţi pe aceste niveluri stabile nu emit radiaţie (Bohr nu a putut justifica de ce se întâmplă astfel).

Bohr şi atomul de hidrogen

Prin stabilirea unor orbite ferme pe care electronii se pot situa în mişcarea lor în jurul nucleului atomic, Bohr a  putut explica foarte bine lungimile de undă discrete (cu valori fixe) ale radiaţiei emise de atomul de hidrogen. Radiaţia se manifestă, a susţinut Bohr, doar când un electron al hidrogenului face saltul de la o stare staţionară (orbită) superioară, la una mai aproape de nucleu. Energia pierdută de electron este exact aceeaşi cu energia cuantelor de lumină.

Caracteristicile fundamentale al modelului atomic creat de Niels Bohr

Atomul lui Bohr are următoarele trăsături definitorii:
- electronii se mişcă în jurul nucleului în orbite fixe (stări staţionare);
- electronul poate absorbi energie şi astfel face un salt pe o altă stare staţionară (orbită) cu un nivel superior de energie;
- electronul poate cădea în starea staţionară originală emiţând în acest caz radiaţie electromagnetică (fotoni);
- electronul poate avea numai anumite niveluri de energie.

Ce a "supravieţuit" din modelul atomic al lui Bohr?

Deşi ideile lui Niels Bohr privitoare la mecanismele atomului au fost revoluţionare, nu toate s-au dovedit perene, fiind invalidate de cercetări ulterioare. Două sunt însă conceptele care au "supravieţuit" progreselor fizicii secolului al XX-lea:
(1) existenţa unor stări staţionare fundamentale ale electronilor (orbite în care electronul nu radiază);
(2) relaţia dintre frecvenţa radiaţiei electronului şi diferenţa de energie dintre stările iniţiale şi finale ale electronului.

__

Citiţi şi Modelul atomic al lui John Dalton (1803)
Modelul atomic al lui J.J.Thomson (1904)
Modelul atomic al lui Ernest Rutherford (1909)

____________
Bibliografie:
misterguch.brinkster.net/atomictheory.html
broadeducation.com/htmlDemos/AbsorbChem/HistoryAtom/page.htm
encarta.msn.com/text_761567432___0/Atom.html